ГИДРИД БЕРИЛЛИЯ (BEH2): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Гидрида бериллия представляет собой ковалентную соединение , образующееся между металлическим бериллием и щелочной водорода. Его химическая формула - BeH ₂ , и, поскольку он ковалентен, он не состоит из ионов Be ²⁺ или H ^- . Вместе с LiH он является одним из самых легких гидридов металлов, которые можно синтезировать.

Его получают путем обработки диметилбериллия, Be (CH ₃ ) ₂ , литийалюмогидридом LiAlH ₄ . Однако наиболее чистый BeH ₂ получается в результате пиролиза ди-трет-бутилберилла, Be (C (CH ₃ ) ₃ ) ₂ при 210 ° C.

Источник: Бен Миллс, из Wikimedia Commons.

Как отдельная молекула в газообразном состоянии она линейна по геометрии, но в твердом и жидком состоянии она полимеризуется в виде массивов трехмерных сетей. При нормальных условиях это аморфное твердое вещество, которое может превращаться в кристаллы и проявлять металлические свойства под огромным давлением.

Он представляет собой возможный метод хранения водорода либо в качестве источника водорода при разложении, либо в виде твердого абсорбирующего газа. Однако BeH ₂ очень токсичен и загрязняет окружающую среду, учитывая сильно поляризующую природу бериллия.

Химическая структура

Молекула BeH

На первом изображении изображена отдельная молекула гидрида бериллия в газообразном состоянии. Обратите внимание, что его геометрия является линейной, с атомами H, отделенными друг от друга под углом 180º. Чтобы объяснить эту геометрию, атом Be должен иметь sp-гибридизацию.

Бериллий имеет два валентных электрона, которые расположены на 2s-орбитали. Согласно теории валентных связей, один из электронов на 2s-орбитали энергетически продвигается на 2p-орбиталь; и, как следствие, теперь вы можете образовать две ковалентные связи с двумя гибридными sp-орбиталями.

А как насчет остальных свободных орбиталей Be? Доступны две другие чистые негибридизированные 2p-орбитали. Когда они пусты, BeH ₂ представляет собой электронодефицитное соединение в газообразной форме; и поэтому, когда его молекулы охлаждают и слипаются, они конденсируются и кристаллизуются в полимер.

BeH цепи

Источник: YourEyesOnly, Wikimedia Commons

Когда молекулы BeH ₂ полимеризуются, окружающая геометрия атома Be перестает быть линейной и становится тетраэдрической.

Ранее структура этого полимера моделировалась так, как если бы это были цепи с звеньями BeH _2, связанными водородными связями (верхнее изображение, со сферами в белых и сероватых тонах). В отличие от водородных связей диполь-дипольных взаимодействий они имеют ковалентный характер.

В мостике Be-H-Be полимера два электрона распределены между тремя атомами (связь 3c, 2e), которые теоретически должны с большей вероятностью располагаться вокруг атома водорода (поскольку он более электроотрицателен).

С другой стороны, Be, окруженный четырьмя H, удается относительно заполнить свою электронную вакансию, заполнив свой октет валентности.

Здесь теория валентной связи бледнеет, чтобы дать относительно точное объяснение. Зачем? Потому что водород может иметь только два электрона, а связь -H- будет включать четыре электрона.

Таким образом, для объяснения мостиков Be-H ₂ -Be (две серые сферы, соединенные двумя белыми сферами) необходимы другие сложные модели связи, такие как те, что предусмотрены теорией молекулярных орбиталей.

Экспериментально было обнаружено, что полимерная структура BeH _{2 на} самом деле представляет собой не цепь, а трехмерную сеть.

BeH трехмерные сети

Источник: Бен Миллс, из Wikimedia Commons.

На верхнем изображении показан участок трехмерной сети BeH ₂ . Обратите внимание, что желтовато-зеленые сферы, атомы Be, образуют тетраэдр, как в цепочке; Однако в этой структуре больше водородных связей, и кроме того, структурной единицей является уже не BeH _2, а BeH ₄ .

Одни и те же структурные единицы BeH ₂ и BeH ₄ указывают на большее количество атомов водорода в решетке (4 атома H для каждого Be).

Это означает, что бериллий в этой сети может поставлять свою электронную вакансию даже больше, чем в цепочечной полимерной структуре.

И наиболее очевидное отличие этого полимера от отдельной молекулы BeH ₂ состоит в том, что Be обязательно должен иметь sp ^3- гибридизацию (обычно) для объяснения тетраэдрической и нелинейной геометрий.

свойства

Ковалентный характер

Почему гидрид бериллия является ковалентным и неионным соединением? Гидриды других элементов группы 2 (г-н Бечамбара) являются ионными, то есть они состоят из твердых веществ, образованных одним катионом M ²⁺ и двумя гидридными анионами H ^- (MgH ₂ , CaH ₂ , BaH ₂ ). Следовательно, BeH ₂ не состоит из Be ²⁺ или H ^-, взаимодействующих электростатически.

Катион Be ²⁺ характеризуется высокой поляризационной способностью, которая искажает электронные облака окружающих атомов.

В результате этого искажения анионы H ^- вынуждены образовывать ковалентные связи; ссылки, которые являются краеугольным камнем только что описанных структур.

Химическая формула

BeH ₂ или (BeH ₂ ) n

Внешность

Бесцветное аморфное твердое вещество.

Растворимость воды

Он разлагается.

Растворимость

Нерастворим в диэтиловом эфире и толуоле.

плотность

0,65 г / см3 (1,85 г / л). Первое значение может относиться к газовой фазе, а второе - к твердому полимеру.

Реактивность

Он медленно реагирует с водой, но быстро гидролизуется HCl с образованием хлорида бериллия, BeCl ₂ .

Гидрид бериллия реагирует с основаниями Льюиса, в частности с триметиламином, N (CH ₃ ) ₃ , с образованием димерного аддукта с мостиковыми гидридами.

Кроме того, он может реагировать с диметиламином с образованием тримерного диамида бериллия ₃ и водорода. Реакция с гидридом лития, где ион H ^- является основанием Льюиса, последовательно образует LIBeH ₃ и Li ₂ BeH ₄ .

Приложения

Гидрид бериллия может стать многообещающим способом хранения молекулярного водорода. Когда полимер разлагается, он выделяет H ₂ , который будет использоваться в качестве ракетного топлива. При таком подходе трехмерная сеть будет хранить больше водорода, чем цепи.

Точно так же, как видно на изображении сети, есть поры, которые позволяют молекулам H ₂ размещаться .

Фактически, некоторые исследования моделируют то, на что будет похоже такое физическое хранение в кристаллическом BeH ₂ ; то есть полимер подвергается огромному давлению, и каковы будут его физические свойства при различном количестве адсорбированного водорода.

Ссылки

1. Wikipedia. (2017). Гидрид бериллия. Получено с: en.wikipedia.org
2. Армстронг, Д. Р., Джеймисон, Дж. И Перкинс, П. Г. Теорет. Хим. Acta (1979) Электронные структуры полимерного гидрида бериллия и полимерного гидрида бора. 51: 163. doi.org/10.1007/BF00554099
3. Глава 3: Гидрид бериллия и его олигомеры. Получено с: shodhganga.inflibnet.ac.in
4. Викас Наяк, Суман Бангер и УП Верма. (2014). Исследование структурного и электронного поведения BeH ₂ как соединения для хранения водорода: подход Ab Initio. Материалы конференции по науке, т. 2014 г., идентификатор статьи 807893, 5 стр. doi.org/10.1155/2014/807893
5. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. В элементах группы 1. (Издание четвертое). Мак Гроу Хилл.